高壓扭轉處理超細晶純鈦微觀組織演變及熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著微型產品需求日益增加，微成形技術得到迅猛的發(fā)展。塑性微成形技術具有生產成本低、成形件性能好等優(yōu)點，非常適合微型零件的批量化生產，在微機電系統(tǒng)以及微系統(tǒng)技術等領域具有廣闊的應用前景。然而，一般金屬材料的平均晶粒尺寸與微成形制件的特征尺寸相當，極大地影響微型零件的填充質量和尺寸精度。而利用劇烈塑性變形方法制備的具有超細晶粒度的材料能明顯改善常規(guī)材料的變形不均勻性，在塑性微成形技術領域中具有明顯的優(yōu)勢。
　　本文通過高壓扭轉（HPT

2、）工藝制備出不同圈數HPT純鈦試樣，并研究其在高壓扭轉過程中微觀組織演變規(guī)律以及顯微硬度分布規(guī)律。通過研究超細晶純鈦的存儲能、再結晶溫度以及超細晶純鈦退火過程中的靜態(tài)熱穩(wěn)定性，揭示超細晶純鈦熱穩(wěn)定性機理。最后研究了應變速率和晶粒尺寸對純鈦在室溫微壓縮過程中的變形行為、表面形貌和微觀組織變化的影響。
　　研究了純鈦在高壓扭轉過程中微觀組織演變規(guī)律以及顯微硬分布規(guī)律，結果表明：在高壓扭轉過程中發(fā)生α相（密排六方結構）到ω相（六方結構）

3、轉變，且隨著高壓扭轉圈數的增加，ω相的體積分數逐漸增加。在高壓扭轉過程中，試樣的顯微硬度值顯著增加，但在試樣中心存在低硬度區(qū)。試樣邊緣處顯微硬度隨著扭轉圈數的增加而逐漸增加，當扭轉圈數大于5圈時，試樣顯微硬度值達到飽和。扭轉圈數為1/4圈時，晶粒受到環(huán)向的純剪切變形作用，在晶粒內部有大量的位錯和孿晶，晶粒尺寸依然較大。扭轉圈數為1圈時，試樣中心處晶粒尺寸依然較大，而試樣半徑1/2處晶粒已細化到200nm。扭轉圈數大于5時，組織內部已無孿

4、晶，試樣中心處同時存在已細化區(qū)和未細化區(qū)，而試樣半徑1/2處晶粒已細化到150nm以下。表明高壓扭轉工藝具有較強的晶粒細化能力。
　　研究了高壓扭轉不同圈數試樣的形變存儲能、再結晶溫度以及再結晶激活能。結果表明：高壓扭轉5圈試樣再結晶溫度在703.8℃到748.8℃之間，再結晶激活能在94.4KJ/mol到112.2KJ/mol之間，晶粒長大的激活能約為109KJ/mol。高壓扭轉變形超細晶純鈦在退火過程中微觀組織演變可分為幾個階

5、段，各個階段可以相互重疊：第一階段存在于劇烈塑性變形材料的晶粒中的位錯重新分布和其數量的減少；第二階段劇烈塑性變形時形成的不平衡晶界中位錯重新分布，導致大角度晶界形成。晶界寬度較窄，約為幾個原子尺寸；第三階段不平衡晶界組織發(fā)生回復現象，導致內應力和晶格畸變同時減小。此時晶粒尺寸依然很小，無再結晶形核階段；第四階段發(fā)生再結晶過程，若回復后組織存在個別不平衡晶界，則在再結晶過程中出現晶粒異常長大；第五階段加熱過程中晶粒長大。
　　純鈦

6、室溫微壓縮實驗表明：超細晶純鈦的應變速率敏感性高于粗晶純鈦。當晶粒尺寸低于200nm時，材料的流動應力非常平穩(wěn)，這與超細晶純鈦晶粒內部較高的位錯密度有關。隨著微壓縮試樣晶粒尺寸的增大，流動應力逐漸降低，但當試樣晶粒數目非常少時，材料的流動應力反而升高。通過SEM觀察其形貌，結果表明隨著晶粒尺寸的增大，微壓縮試樣側面的凹凸不平感越來越明顯，這是由于表面層晶粒所占的比重較大，使得單個晶粒變形對于試樣整體變形影響較大所致。當晶粒尺寸處于超細晶